JP2003027296A - ステンレス鋼表面の清浄、不動態化処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】単一の工程操作で、ステンレス鋼表面に、より
耐食性に優れた不動態化被膜をも形成させながら、さ
び、油その他の汚れは勿論のこと、各種の酸化スケール
をも同時に除去する。 【解決手段】０．５重量％以上の硫酸、燐酸、クエン
酸、酒石酸、シュウ酸、リンゴ酸、醋酸、グルコン酸、
グリコール酸、コハク酸など、ステンレス鋼に対して非
酸化性に作用する酸の各ナトリウム、カリウム、アンモ
ニウム塩の一種若しくは二種以上を基材とし、これに更
に０．０１重量％以上好ましくは０．０５重量％以上の
弗化水素酸若しくはそのナトリウム、カリウム、アンモ
ニウム塩の一種若しくは二種以上の塩を不動態化促進剤
として配合した水溶液を電解液とし、被処理ステンレス
鋼の表面と対極との間に天然又は合成繊維よりなる織布
若しくは不織布よりなる滞水性物質を隔膜として介在せ
しめた状態で交流電解処理する。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、電気化学的手法とし
て、従来の公知技術ではステンレス鋼表面の不動態化被
膜を破壊するため適用不可能とされていた交流電流を用
いることを可能にして、同鋼表面に強力な不動態化被膜
を形成させることにより、ステンレス鋼本来の耐食性を
損うことなく、むしろ向上させながらステンレス鋼表面
に付着している溶接や熱処理による酸化膜や、さび、油
分、汚れ等の各種異物を一工程で除去するステンレス鋼
の表面清浄、不動態処理方法に係る。 【０００２】 【従来の技術】本出願人は、過去ステンレス鋼の溶接後
の焼け取り酸洗作業が極めて危険な毒劇物に該当する硝
弗酸に依存してきた現状に鑑み、研究の結果、安全無害
な中性塩電解焼け取り方法を開発し、「合金鋼の脱スケ
ール法」の名称のもとに特許第１５４３８６７号を取得
し、従来の毒劇物硝弗酸の使用を抑制し、より安全無害
な焼け取りを可能にして来た。その発明の要旨とすると
ころは、燐酸、硫酸、弗酸の中性塩溶液にグリセリンを
混合して電解液とし、被処理ステンレス鋼を陽極とする
直流電解法である。この方法によれば、極めて効果的に
上記焼け取り作業を実施できるが、電解時に六価クロム
が溶出する欠点があったため、これを改善する画期的な
発明をなし、「合金鋼の溶接に伴うスケールの除去方
法」の名称のもとに特許第１９０８７１９号を取得し
た。この発明の要旨とするところは、無機中性塩の溶液
を電解液とし、直流に振幅が直流電圧に等しいか又は若
干大きい程度の交流を重ね合わせた交直重乗電流をもっ
て電解処理することを特徴とするもので、上記方法の欠
点とする有害な六価クロムを直ちに三価のクロムに還元
しこれを無害化する卓越した効果を奏するものである。
然しながら、上記二方法は、溶接の焼け取り効果は優れ
ているものの、さび、各種の汚れや油分の除去効果が不
十分という欠点があった。この欠点を解消するため開発
したのが、「合金鋼の表面清浄化方法」の名称のもとに
特許第１９０５２５４号を取得した発明である。この発
明の要旨とするところは、硫酸、硝酸、燐酸、弗化水素
酸の各ナトリウム、又はカリウム塩の一種若しくは二種
以上を基材とする中性乃至は中性に略近い水溶液を電解
液とし、被処理合金鋼の表面と電導性材質よりなる対極
との間には天然又は合成繊維よりなる織布若しくは不織
布よりなる滞水性物質を隔膜として介在した状態で、第
一工程として、被処理合金鋼が直流電源の陰極となり該
対極が陽極になる如く接続し、該合金鋼表面に電気化学
的に苛性アルカリを生成する程度に通電して付着してい
るさびや油分など各種異物をアルカリ洗浄した後、引き
続き第二工程として、上記の極性を逆に切替えて通電す
ることにより該合金鋼表面に同じく発生期の酸を生成さ
せて溶接や熱処理などで生じた酸化スケールを酸洗浄す
ることを特徴とするものである。この方法によれば、従
来、中性塩電解法では困難とされてきたさびや油分など
各種付着異物の除去作業と、酸化スケールの除去作業と
を単一の電源器を用いその極性を切替えるだけで実施可
能とした画期的手法である。又、上記第一工程に伴う還
元反応によって不動態化被膜が破壊された該合金鋼表面
は、上記第二工程の実施により、陽極酸化作用を受ける
ことで耐食性を維持するために必要不可欠な程度にまで
復活、不動態化した被膜も形成される点に特徴がある。
然しながら、この発明の実施にあたっては、ステンレス
鋼本来の耐食性維持のために当然ながら上記第一工程と
第二工程とを連続して実施する必要があり、操作の面で
煩雑性を免れぬ欠点もあった。 【０００３】 【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記特許第
１９０５２５４号の欠点とする上記第一工程と第二工程
の実施を必要としない単一の工程操作で、さび、油その
他の汚れは勿論のこと、各種の酸化スケールも同時に除
去すると共に、より耐食性に優れた不動態化被膜をも形
成せんとするものである。 【０００４】 【課題を解決するための手段】上記の課題に鑑み、これ
らを解決するための手段として次の如く提案する。即
ち、その要旨とするところは、０．５重量％以上乃至飽
和濃度以下の硫酸、燐酸、クエン酸、酒石酸、シュウ
酸、リンゴ酸、醋酸、グルコン酸、グリコール酸、コハ
ク酸などステンレス鋼に対して非酸化性に作用する酸の
各ナトリウム、カリウム、アンモニウム塩の一種若しく
は二種以上を基材とし、これに更に０．０１重量％以上
好ましくは０．０５重量％以上乃至飽和濃度以下の弗化
水素酸若しくは弗化水素酸のナトリウム、カリウム、ア
ンモニウム塩の一種若しくは二種以上の塩を配合した水
溶液を電解液とし、被処理ステンレス鋼の表面と電導性
材質よりなる対極との間に天然又は合成繊維よりなる織
布若しくは不織布よりなる滞水性物質を隔膜として介在
せしめた状態で、該被処理ステンレス鋼と該対極との間
に交流電解処理することにより、単に一工程で、該被処
理ステンレス鋼表面に付着した各種スケール、さび、汚
れ、油分などの異物を除去すると同時に、同鋼表面に対
して強固な不動態化被膜を生成させ耐食性の向上を計る
ことを特徴とするステンレス鋼の表面清浄、不動態化処
理方法にある。 【０００５】 【作用】本発明方法では、ステンレス鋼に対し非酸化性
に作用する前述の無機、若しくは有機酸の前記各中性塩
の単独若しくは二種以上の組合せ水溶液に、０．０１重
量％以上になるように弗酸又はそのナトリウム、カリウ
ム、アンモニウム塩を適宜配合添加した水溶液を電解液
として使用することを第一の条件とし、第二の条件とし
ては、交流電流により電解処理することを必須の構成要
件とするものである。斯かる処理によって、前述したよ
うに二工程の処理を必要とした各種のスケールやさび、
油その他頑固な付着汚れを、単一の工程操作でしかもス
テンレス鋼本来の不動態化度を維持しながら除去するこ
とに成功したものである。従来、弗酸やその中性塩を電
解液の配合剤として使用した事例はあるが、それは全て
直流電解処理専用の電解液として利用されたものであ
る。本出願人も過去、直流電解処理専用の電解液として
試験的に利用してみたが、電解仕上がりの点で、格別弗
酸やその中性塩による特筆すべき効用は認められなかっ
たが、交流電流による電解処理用の電解液として前述の
ステンレス鋼に対し非酸化性に作用する中性塩の適量を
配合添加して使用すると、メカニズムは必ずしも明らか
ではないが、触媒的とも言える程に顕著な不動態化効果
を奏することを発見し、前記の各種のスケールやさび、
油、その他頑固な付着汚れを単一の交流電解操作で完璧
に除去することを可能としたのみならず、ステンレス鋼
表面の不動態化被膜を破壊することなくむしろ強固な不
動態化被膜をも形成して耐食性を格段に向上させなが
ら、ステンレス鋼表面の清浄化と改質処理に成功したも
のである。 【０００６】尚、近時、弗酸やその塩類を含まない燐酸
や硫酸その他の有機酸などの中性塩溶液を電解液とする
交流による電解処理方法と装置が市場に出現している
が、その処理結果を見るに極めて大きな欠陥が露呈して
いる。即ち、例えばＳＵＳ３０４材の薄板にＴＩＧ溶接
線を施工した被処理ステンレス鋼に対して上記交流によ
る電解処理によると、溶接焼け取り効果の点では外見的
に問題が無いように見受けられるが、従来の交流電解法
の特性として、ステンレス素材に対する溶解力が欠ける
ためスケールのみに反応しアンダースケール層や地金部
には反応しないため、溶接ビード周辺の溶体化域の仕上
がり面は一見美麗であるものの、スケール層や地金部に
対する溶解力が直流電解法に比し遥かに、劣っている欠
点があり、また交流電解法は不動態化被膜を破壊し、む
しろ反対にこれを活性化させる性質があるため、塩化第
二鉄の水溶液を用いる耐塩素孔食試験の結果からみても
耐食性の面では全く貧弱であり、また不動態化度の測定
値からみても早晩孔食を生じ異常腐食へと進展する懼れ
が極めて高いと推察される。 【０００７】 【実施例】以下に記述する実施例の素材は全てステンレ
ス鋼（ＳＵＳ３０４の２Ｂ材）を用いたものである。
尚、図１（写真）は、下記実施例１（比較例）と下記実
施例２に於ける上記素材より成る処理済試験片を、夫々
塩化第二鉄の１０％水溶液を用いる孔食試験法に基づい
て、２時間浸漬処理した後の孔食発生状況を示すもの
で、実施例１（比較例）の場合には、当該写真の試験片
に認められるように、その表面に夥しい孔食が発生して
いるが、本発明に基づく実施例２では、電解未処理部を
除き実施例１（比較例）の試験片に認められるような孔
食は全く発生していないことを示している。 実施例１（比較例） 電解液として、硫酸ソーダ１０％に酒石酸ソーダ１０％
を加えた水溶液を用い電源としては、交流電源の一極を
溶接施工した上記試験片に接続し、他の一極は同じくＳ
ＵＳ３０４材製の電極に木綿製の布を被せて、上記電解
液をこれに含浸させた状態で、その溶接線に沿って溶接
の焼けを拭き取るように移動しながら全面を電解処理し
た結果、 １．上記試験片の表面に付着していた溶接焼けが取れる
と共に、 ２．指紋と油汚れもきれいに除去された。然しながら、
該処理表面の不動態化度について、特許第１９２５４６
０号（特公平５−２３３８６）「金属の不動態化効果の
簡易測定方法」に基づく商品名「ステンチェッカー」を
用いて測定した結果、溶接施工前の素材の最高起電位が
０．５１Ｖと高く、また不動態域と活性域との境界起電
位と認められている０．２Ｖまで減衰する維持時間が３
０秒と非常に長く、充分強固な不動態化被膜の形成が認
められたが、これに対して前記の処理後の最高起電位が
０．１１Ｖと極めて低く、前記の境界起電位（０．２
Ｖ）を下回って完全な活性域にあることを示しており、
また、上記維持時間も瞬間的で測定不能であって、明ら
かに該処理表面は活性化されていることは疑いなく、即
ち ３．前記素材の前記不動態化被膜は完全に破壊されてい
ることが確認された。 ４．また、この試験片を塩化第二鉄の１０％水溶液を用
いる孔食試験液中に２時間浸漬した結果その表面には夥
しい孔食の発生が認められ（平均平方センチメートル当
たり２２．９個）、その実態は、前記した図１（写真）
により示した通りであり、完全に活性化していることは
明白である。 以上の結果を総合してみれば、実施例１に於ては溶接焼
けと共に、指紋、油などの汚れはきれいに除去できる
が、ステンレス鋼本来の不動態化被膜は交流電解に伴う
還元作用によって完全に破壊され消滅しておりステンレ
ス鋼本来の最大の特徴とする耐食性を完全に失っている
ため、この種の表面清浄化方法としては失格であり、全
く実用性に欠けることが確認された。 実施例２ 上記実施例１における実施条件のうち、電解液について
のみ実施例１通りの配合に加えて、不動態化促進剤とし
て０．２５％の弗酸を添加配合し、他は全く実施例１と
同条件で電解処理を実施した結果では、素材表面の指
紋、油汚れについては実施例１の場合と全く同様にきれ
いに除去されると共に、特に溶接の焼けについては、よ
り速く効果的に除去されることが確認された。また、不
動態化度の前記ステンチェッカーによる測定結果では、
最高起電位が０．５７Ｖと極めて高く、また前述の維持
時間も３３秒と長く、共に良好な測定結果を得ることが
できた。このことは試験片の表面に強固な不動態化被膜
が形成されている証査でもある。また、更に塩化第二鉄
を用いた孔食試験結果では、試験片の切断端面に数個の
孔食が認められたものの、その表面上には前述した図１
（写真）に見られるように、電解未処理部を除き孔食の
発生は全く認められなかった。以上の結果から、弗酸の
添加による効用は、単に溶接の焼け取り速度の向上のみ
ならず、不動態化効果に伴う耐孔食性の飛躍的改善を招
来するものである。 実施例３ 実施例１（比較例）における実施条件のうち、電解液と
して、クエン酸ソーダ１０％、燐酸ソーダ１０％にさら
に不動態化促進剤として弗化カリウム０．５％、を添加
した水溶液をもってし、他は全て実施例１の実施条件通
りに実施した結果指紋、油汚れの除去並びに溶接焼け取
りについては、同実施例１の場合と略々同様の実施効果
を得た。一方、不動態化度の測定結果は、ステンチェッ
カーによる最高測定電位が０．５４Ｖ、維持時間が３４
秒と他の実施例２と同様の高い測定値を得、その測定値
から試験片表面に強固な不動態化被膜が生成されている
ことが推測される。また、塩化第二鉄を用いる孔食試験
での結果でも試験片の表面上には孔食の発生は全く認め
られず、不動態化度の大幅な改善効果が認められた。 実施例４ 電解液の組成について、基材としては、硫酸ソーダ、燐
酸ソーダ、酒石酸ソーダ、クエン酸ソーダの他に、シュ
ウ酸ソーダ、リンゴ酸ソーダ、醋酸ソーダ、グルコン酸
ソーダ、グリコール酸ソーダ、コハク酸ソーダなどにつ
いても夫々実施、したところ、溶接の焼け取り速度の面
では若干の差異が認められるものの、指紋油汚れに対す
る除去効果には大差なく、また一方の不動態化促進剤と
しての弗酸またはこれのナトリウム、カリウム、アンモ
ニウム塩による不動態化効果の奏効性については何れも
略々同等の効果が認められ、また夫々のソーダ塩をカリ
ウム塩、アンモニウム塩に代えても略々同等の効果のあ
ることが確認された。 実施例５ 電解液の組成中、基材の配合濃度については、０．５％
付近から効果が認められるものの、数％程度以上飽和濃
度付近までが実用的であり、更に、不動態化促進のため
の添加剤の弗酸又はその塩類については、０．０１％付
近から効果が認められ、実用的には０．０５％から０．
５％程度の濃度が実用上有効なことが認められた。 【０００８】 【発明の効果】本発明は、上記特許第１９０５２５４号
の欠点とする上記第一工程と第二工程の実施を必要とし
ない単一の工程操作で、さび、油その他の汚れは勿論の
こと、各種の酸化スケールをも同時に除去すると共に、
より耐食性に優れた不動態化被膜をも維持乃至形成する
優れた交流電解法によるステンレス鋼表面の改質処理方
法を提供し、産業上益するところは大きい。

【図面の簡単な説明】 【図１】本図は、実施例１（比較例）と実施例２におけ
る夫々の電解処理後の試験片に対して施工した塩化第二
鉄に基づく孔食試験結果の写真である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ０．５重量％以上乃至飽和濃度以下の硫
   酸、燐酸、クエン酸、酒石酸、シュウ酸、リンゴ酸、醋
   酸、グルコン酸、グリコール酸、コハク酸などステンレ
   ス鋼に対して非酸化性に作用する酸の各ナトリウム、カ
   リウム、アンモニウム塩の一種若しくは二種以上を基材
   とし、これに更に０．０１重量％以上好ましくは０．０
   ５重量％以上乃至飽和濃度以下の弗化水素酸若しくは弗
   化水素酸の各ナトリウム、カリウム、アンモニウム塩の
   一種若しくは二種以上の塩を不動態化促進剤として配合
   した水溶液を電解液とし、被処理ステンレス鋼の表面と
   電導性材質よりなる対極との間に、天然又は合成繊維の
   織布若しくは不織布よりなる滞水性物質を隔膜として介
   在せしめた状態で、該被処理ステンレス鋼と該対極との
   間に交流電解処理することにより、単に一工程で、該被
   処理ステンレス鋼表面の不動態化被膜を破壊することな
   く維持しながら、該表面に付着した各種スケール、さ
   び、汚れ、油分などの異物を除去することを特徴とする
   ステンレス鋼表面の清浄、不動態化処理方法。